JPH01162586A - Laser beam machine - Google Patents
Laser beam machineInfo
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- JPH01162586A JPH01162586A JP62317322A JP31732287A JPH01162586A JP H01162586 A JPH01162586 A JP H01162586A JP 62317322 A JP62317322 A JP 62317322A JP 31732287 A JP31732287 A JP 31732287A JP H01162586 A JPH01162586 A JP H01162586A
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- Laser Beam Processing (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明はビームスプリッタを備えたレーザ加工装置にか
かり、特にビームスプリッタの熱レンズ効果防止手段に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a laser processing apparatus equipped with a beam splitter, and particularly relates to means for preventing the thermal lens effect of the beam splitter.
(従来の技術)
一般に、レーザ加工装置は第8図に示すように構成され
ており、レーザ発振器1から出力されたレーザ光2はペ
ンダミラー3で方向変換され、集光レンズ4で集光され
て加工物5に照射される。(Prior Art) Generally, a laser processing device is configured as shown in FIG. The workpiece 5 is irradiated.
さらにレーザ光出力を分割する機能を備えたレーザ加工
装置では第9図に示すように、レーザ発振器1から出力
されたレーザ光2は光軸に垂直な面と角度θだけ傾いた
ビームスプリッタ6に入射され、レーザ光2の一部はビ
ームスプリッタ6で反射され、ビームスプリッタ6を透
過したレーザ光8はレーザ加工に利用され、ビームスプ
リッタ6で反射された反射光7はレーザ光出力安定化用
モニタ信号または他のレーザ加工用ビームとして利用さ
れる。Furthermore, in a laser processing device equipped with a function to split the laser beam output, as shown in FIG. A part of the incident laser light 2 is reflected by the beam splitter 6, the laser light 8 transmitted through the beam splitter 6 is used for laser processing, and the reflected light 7 reflected by the beam splitter 6 is used for stabilizing the laser light output. Used as a monitor signal or other laser processing beam.
(発明が解決しようとする問題点)
一般にビームスプリッタ6は一定の吸収率を持っていて
レーザ光2の一部を吸収するが、吸収されたレーザ光は
熱に変換されて熱歪を発生させ、ビースプリッタ6はこ
の熱歪によって集光作用を持つようになり、いわゆる熱
レンズ効果を発生す机
この熱レンズ効果はレーザ出力の増大と共に顕著になっ
てビームスプリッタ6を透過したレーザ光8を集光し、
第3図に示すように透過光のビーム径りはレーザ光出力
Pの増大に伴って減少する。(Problem to be solved by the invention) Generally, the beam splitter 6 has a certain absorption rate and absorbs a part of the laser beam 2, but the absorbed laser beam is converted into heat and causes thermal distortion. Due to this thermal distortion, the beam splitter 6 has a light condensing effect, producing a so-called thermal lens effect.This thermal lens effect becomes more pronounced as the laser output increases, and the laser beam 8 transmitted through the beam splitter 6 is Focus the light,
As shown in FIG. 3, the beam diameter of the transmitted light decreases as the laser light output P increases.
レーザ光のパフ密度Wは、レーザ光2の出力P、集光レ
ンズ4による集光スポット径dに対応して下記0式であ
たえられる。The puff density W of the laser beam is given by the following formula 0 corresponding to the output P of the laser beam 2 and the diameter d of the condensed spot by the condensing lens 4.
一方、集光スポット径dは、レーザ光2の横モードによ
る集光係数K、集光レンズ4の焦点距離f、集光レンズ
4への入射ビーム径D、レーザ光2の波長λに対応して
下記0式であたえられる。On the other hand, the condensing spot diameter d corresponds to the condensing coefficient K of the laser beam 2 in the transverse mode, the focal length f of the condensing lens 4, the incident beam diameter D to the condensing lens 4, and the wavelength λ of the laser beam 2. It can be given by the following formula 0.
■■式より、パワ密度Wは下記0式で表わされる。From the equation (■■), the power density W is expressed by the following equation 0.
レーザ光がビームスプリッタ6を透過するとビームスプ
リッタ6に熱レンズ効果が生ずるので。When the laser beam passes through the beam splitter 6, a thermal lens effect occurs in the beam splitter 6.
組、み合わせレンズの焦点距離で考える必要があり、ビ
ームスプリッタ6の熱レンズ効果をf’s、ビームスプ
リッタ6と集光レンズ4間の距離をLとすると、組み合
わせレンズの等価焦点距離f。qは下記(イ)式で表わ
される。It is necessary to consider the focal length of the combination lens.If the thermal lens effect of the beam splitter 6 is f's, and the distance between the beam splitter 6 and the condenser lens 4 is L, then the equivalent focal length of the combination lens is f's. q is expressed by the following formula (a).
さらに(へ)式を変形すると。If we further transform the equation (to), we get
となる。becomes.
また0式からビームスプリッタ6を透過させた場合のス
ポット径d。qは、次式で表わされる。Also, the spot diameter d when transmitted through the beam splitter 6 from the 0 type. q is expressed by the following formula.
一般に、レーザ加工装置ではL>fであるから。Generally, in laser processing equipment, L>f.
等価焦点距離f。qは集光レンズ4の焦点距離fより大
きく、
feq>f ■となる。Equivalent focal length f. q is larger than the focal length f of the condenser lens 4, and feq>f (2).
上記■(00式から
deq>d (8)の関係が得ら
れ、従ってビームスプリッタ6を用いた場合、透過光の
集光スポット径はビームスプリッタ6を用いない場合に
比べて大きくなり、レーザ加工性能に重要な集光特性が
悪くなる。The relationship deq>d (8) is obtained from the above formula Light condensing characteristics, which are important for performance, deteriorate.
また上述のようにビームスプリッタ6の熱レンズ効果は
レーザ光出力Pが大きくなるにつれて増大し、レーザ光
出力Pが大きくなるにつれて集光レンズ4に入射すφビ
ーム径りが小さくなり、集光レンズ4が受けるパワ密度
が大きくなるので、集光レンズ4に発生する熱応力が大
きくなり、安全率が低下して損傷する危険性が増大する
。Further, as mentioned above, the thermal lens effect of the beam splitter 6 increases as the laser light output P increases, and as the laser light output P increases, the diameter of the φ beam incident on the condenser lens 4 becomes smaller, and the condenser lens Since the power density applied to the condenser lens 4 increases, the thermal stress generated in the condenser lens 4 increases, the safety factor decreases, and the risk of damage increases.
さらに、ビームスプリッタ6によってレーザ光2の出力
Pを等分割し、複数の加工ステージョンで同じ加工を同
時に行う加工装置の場合、ビームスプリッタ6による反
射光7のビーム径は熱レンズ効果を受けないのでDoと
なるが、透過光8のビーム径I)asは、熱レンズ効果
を受けるためり。Furthermore, in the case of a processing device in which the output P of the laser beam 2 is equally divided by the beam splitter 6 and the same processing is performed simultaneously in multiple processing stations, the beam diameter of the reflected light 7 by the beam splitter 6 is not affected by the thermal lens effect. Therefore, the beam diameter I) as of the transmitted light 8 is subject to the thermal lens effect.
より小さくなり、レーザ光2の出力Pが等分割されても
、反射光7を利用する加工ステージョンと。Even if the output P of the laser beam 2 is divided into equal parts, the processing station uses the reflected light 7.
透過光8を利用する加工入チージョンとでは、集光され
たレーザ光2のパワ密度が異なって、加工特性が異なる
という問題を生ずる。In the machining process using the transmitted light 8, the power density of the focused laser beam 2 is different, resulting in a problem that the machining characteristics are different.
本発明は上記の問題点を考慮してなされたもの、で、ビ
ームスプリッタの熱レンズ効果を抑制して常に安定した
ビーム径を得ることのできる合理的なレーザ加工装置を
提供することを目的としている。The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a rational laser processing device that can always obtain a stable beam diameter by suppressing the thermal lens effect of the beam splitter. There is.
(問題点を解決するための手段と作用)本発明は、レー
ザ発振器の出力するビーム光をビームスプリッタを介し
て透過光と反射光とに分割し、透過光は加工用ビーム、
反射光は加工用またはモニタ用ビームとして利用するレ
ーザ加工装置において、ビームスプリッタに冷却ガスま
たは冷却空気を噴射してビームスプリッタを冷却し。(Means and effects for solving the problems) The present invention splits the beam light output from a laser oscillator into transmitted light and reflected light through a beam splitter, and the transmitted light is used as a processing beam,
In a laser processing device where the reflected light is used as a beam for processing or monitoring, cooling gas or cooling air is injected to the beam splitter to cool the beam splitter.
その熱歪みによるレンズ効果を抑制する冷却装置を設け
ると共に、冷却ガスまたは冷却空気の流量をレーザ光の
出力に対応して最適値に制御し、これによってビームス
プリッタの熱レンズ効果による透過ビームのビーム径の
減少を抑制して均一なビーム径とし、ビームエネルギを
均一にして加工特性の向上をはかっている。In addition to providing a cooling device to suppress the lens effect caused by the thermal distortion, the flow rate of cooling gas or cooling air is controlled to an optimal value in accordance with the output of the laser beam, and thereby the transmitted beam due to the thermal lens effect of the beam splitter is The reduction in diameter is suppressed to make the beam diameter uniform, and the beam energy is made uniform to improve processing characteristics.
(実施例) 本発明の一実施例を第1図に示す。(Example) An embodiment of the present invention is shown in FIG.
第1図において、レーザ発振器1がら出力されたレーザ
光2がビームスプリッタ6で分割されるまでの構成は従
来の第9図と同じである。In FIG. 1, the configuration up to the point where a laser beam 2 outputted from a laser oscillator 1 is split by a beam splitter 6 is the same as the conventional configuration shown in FIG. 9.
第1図においては、さらにビームスプリッタ6に冷却用
ガス(空気を含む)を噴出させるノズル9が設けられて
おり、冷却用ガスが冷却ガス供給装置10から供給され
る。In FIG. 1, the beam splitter 6 is further provided with a nozzle 9 for ejecting cooling gas (including air), and the cooling gas is supplied from a cooling gas supply device 10.
供給される冷却ガスの流量Fを増加させていくと冷却効
果は増大するが、゛同時にビームスプリッタ6への汚れ
の付着が促進され、汚れが付着した部分でのレーザ光2
の吸収作用によって逆に熱レンズ効果が助長されるので
、流量Fは熱レンズ効果を抑制できる範囲で最低流量で
あることが望ましい。As the flow rate F of the supplied cooling gas increases, the cooling effect increases, but at the same time, the adhesion of dirt to the beam splitter 6 is promoted, and the laser beam 2 is
Since the thermal lens effect is conversely promoted by the absorption effect of
この流量が各レーザ出力に対応する最適流量F OPT
となり、その関係を第4図に示している。This flow rate is the optimum flow rate F OPT corresponding to each laser output.
The relationship is shown in Figure 4.
第4図において、 レーザ出力PがP≦Psの場合には
FOPT”OlP ) P sの場合にはFOPT=K
t・P−に、となる。In Fig. 4, if the laser output P is P≦Ps, FOPT”OlP) If Ps, FOPT=K
It becomes t・P-.
ここにP3.に□、に2はそれぞれレーザ光2を出力す
るレーザ発振器1によって決まる熱レンズ効果のしきい
出力、比例定数および定数である。Here P3. □ and 2 are the threshold output, proportionality constant, and constant of the thermal lens effect determined by the laser oscillator 1 that outputs the laser beam 2, respectively.
P≦Psの領域でF=Oとなるのは、 レーザ光2の出
力レベルが低いときは熱レンズ効果がほとんど発生しな
いからである。The reason why F=O in the region of P≦Ps is that when the output level of the laser beam 2 is low, almost no thermal lens effect occurs.
第1図における最適流量演算装置11は上記の関係式に
基づいて、設定されたレーザ光出力Pにおける冷却用ガ
スの最適流量F OPTを演算し、演算された最適流量
F。PTが得られるように流量制御装置112が流量F
を制御する6
第2図は上記最適流量演算装置11の演算処理フローを
示している。The optimum flow rate calculating device 11 in FIG. 1 calculates the optimum flow rate F OPT of the cooling gas at the set laser light output P based on the above relational expression, and calculates the calculated optimum flow rate F. The flow rate controller 112 controls the flow rate F so that PT is obtained.
FIG. 2 shows the calculation processing flow of the optimum flow rate calculation device 11.
このように、レーザ光の出力に応じた最適流量の冷却用
ガスでビームスプリッタを冷却することにより、熱レン
ズ効果を抑制して常に安定したビーム径のレーザ光を得
ることができる。In this way, by cooling the beam splitter with the optimal flow rate of cooling gas according to the output of the laser beam, it is possible to suppress the thermal lens effect and obtain a laser beam with a stable beam diameter at all times.
上記実施例では、最適流量演算装置11に設定出力Pを
入力しているが、ビームスプリッタ6からの反射光7を
レーザ光出力安定化のためのモニタ用検出光として取り
出すレーザ加工装置の場合には、第5図に示すように反
射光7をセンサ13で電気信号vFに変換し、この電気
信号VFを最適流量演算袋@11に入力して最適流量F
OPTを演算することもできる。In the above embodiment, the set output P is input to the optimum flow rate calculation device 11, but in the case of a laser processing device that extracts the reflected light 7 from the beam splitter 6 as a monitoring detection light for stabilizing the laser light output. As shown in FIG. 5, the reflected light 7 is converted into an electric signal vF by the sensor 13, and this electric signal VF is input into the optimum flow rate calculation bag @11 to calculate the optimum flow rate F.
It is also possible to calculate OPT.
この場合、ビームスプリッタ6の反射率をRとすると、
反射光7の出力PRはレーザ光2の出力Pを用いて下記
(9)式で表わされ、レーザ光2の出力Pと一対一に対
応する。In this case, if the reflectance of the beam splitter 6 is R, then
The output PR of the reflected light 7 is expressed by the following equation (9) using the output P of the laser beam 2, and has a one-to-one correspondence with the output P of the laser beam 2.
pR=R−p (9)センサ13か
らは反射光7の出力PRに対応した電気信号VFが出力
されるので、 レーザ光2の出力Pとセンサ13からの
電気信号vFも一対一に対応し、従って電気信号VFに
基づいて最適流量演算装置11で演算された最適流量F
OPTはレーザ光2の出力Pに対応したものとなる。pR=R−p (9) Since the sensor 13 outputs an electric signal VF corresponding to the output PR of the reflected light 7, the output P of the laser beam 2 and the electric signal vF from the sensor 13 also have a one-to-one correspondence. , Therefore, the optimum flow rate F calculated by the optimum flow rate calculation device 11 based on the electrical signal VF
OPT corresponds to the output P of the laser beam 2.
第6図は本実施例における最適流量演算装置11の処理
フローを示す図、第7図は電気信号Fと最適流量FOP
Tとの関係を示す特性図である。FIG. 6 is a diagram showing the processing flow of the optimum flow rate calculation device 11 in this embodiment, and FIG. 7 shows the electrical signal F and the optimum flow rate FOP.
It is a characteristic diagram showing the relationship with T.
以上説明したように本発明によれば、レーザ光の出力に
応じてビームスプリッタの冷却を最適に行っているので
、ビームスプリッタの熱レンズ効果を抑制し、レーザ光
出力が変化しても常に安定したビーム径を得ることがで
き、これによって加工特性に優れたレーザ加工装置を実
現することができる。As explained above, according to the present invention, the beam splitter is optimally cooled according to the output of the laser beam, so the thermal lens effect of the beam splitter is suppressed and the laser beam output remains stable even when the output changes. As a result, a laser processing device with excellent processing characteristics can be realized.
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は第1
図における最適流量演算装置の処理手順を示すフローチ
ャート、第3図はビームスプリッタ透過光のビーム径と
レーザ出力との関係を示す特性図、第4図は熱レンズ効
果を抑制する冷却ガスの最適流量とレーザ出力との関係
を示す特性図、第5図は本発明の他の実施例を示す構成
図、第6図は第5図における最適流量演算装置の処理手
順を示すフローチャート、第7図は熱レンズ効果を抑制
する冷却ガスの最適流量とセンサから出力される電気信
号との関係を示す特性図、第8図はレーザ加工装置の全
体構成を示す図、第9図は従来のレーザ加工装置の一例
を示す構成図である。
1・・・レーザ発振器 2・・・レーザ光3・・・ペ
ンダミラー 4・・・集光レンズ5・・・加工物
6・・・ビームスプリッタ7・・・反射レーザ光
8・・・透過レーザ光9・・・ノズル 1
0・・・冷却ガス供給装置11・・・最適流量演算装置
12・・・流量制御装置13・・・センサ
代理人 弁理士 猪股祥晃(はが1名)第1図
第21A
第 3 丙
第4図
第5図
第6図
第 8 図FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
Figure 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the beam diameter of the light transmitted through the beam splitter and the laser output, and Figure 4 is the optimal flow rate of cooling gas to suppress the thermal lens effect. FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a flowchart showing the processing procedure of the optimum flow rate calculation device in FIG. 5, and FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between A characteristic diagram showing the relationship between the optimal flow rate of cooling gas to suppress the thermal lens effect and the electrical signal output from the sensor. Figure 8 shows the overall configuration of the laser processing device. Figure 9 shows the conventional laser processing device. It is a block diagram which shows an example. 1...Laser oscillator 2...Laser beam 3...Pendar mirror 4...Condensing lens 5...Workpiece
6... Beam splitter 7... Reflected laser beam 8... Transmitted laser beam 9... Nozzle 1
0...Cooling gas supply device 11...Optimum flow rate calculation device 12...Flow rate control device 13...Sensor representative Patent attorney Yoshiaki Inomata (one person) Fig. 1 Fig. 21A No. 3 H Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 8
Claims (1)
介して透過光と反射光とに分割し、透過光は加工用ビー
ム、反射光は加工用またはモニタ用ビームとして利用す
るレーザ加工装置において、上記ビームスプリッタに冷
却ガスまたは冷却空気を噴射してビームスプリッタの熱
レンズ効果を抑制する冷却装置を設けると共に、上記冷
却ガスまたは冷却空気の流量をレーザ光の出力に応じて
最適値に制御することを特徴とするレーザ加工装置。In a laser processing device in which a beam light output from a laser oscillator is split into transmitted light and reflected light via a beam splitter, and the transmitted light is used as a processing beam and the reflected light is used as a processing or monitoring beam, the beam splitter is used. A cooling device is provided to inject cooling gas or cooling air to suppress the thermal lens effect of the beam splitter, and the flow rate of the cooling gas or cooling air is controlled to an optimum value according to the output of the laser beam. Laser processing equipment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62317322A JPH01162586A (en) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | Laser beam machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62317322A JPH01162586A (en) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | Laser beam machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01162586A true JPH01162586A (en) | 1989-06-27 |
Family
ID=18086917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62317322A Pending JPH01162586A (en) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | Laser beam machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01162586A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008274710A (en) * | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Keiichi Ueno | Window closing device for building |
-
1987
- 1987-12-17 JP JP62317322A patent/JPH01162586A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008274710A (en) * | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Keiichi Ueno | Window closing device for building |
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